Unidad de Comunicación

El uso más conocido de la fibra óptica se encuentra en el área de las comunicaciones, sin embargo tiene aplicaciones sumamente relevantes dentro del campo de física médica, como en diferentes tipos de terapias y dispositivos biomédicos.

Juan Hernández Cordero, investigador del Instituto de Investigaciones en Materiales, dio a conocer algunos de los usos de este ventajoso material durante su coloquio “Dispositivos de fibra óptica: aplicaciones biomédicas y sensores biológicos” el pasado 8 de octubre en el auditorio Alejandra Jáidar.

Uno de estos usos se desarrolla en la terapia fototérmica, la cual, se utiliza mayormente para tratar tumores malignos (cáncer) como complemento de demás procedimientos convencionales, tales como quimioterapia, cirugía o radiación, procurando así, volver más amable el tratamiento para el cuerpo humano.

Esta terapia consiste en generar calor en un órgano por medio de un dispositivo, llevando la temperatura a un valor predeterminado, mantenerla estable por cierto tiempo y finalmente retirarlo. Para esto, se usan microcalentadores y sensores de temperatura de fibra óptica: el primero es el dispositivo encargado de transferir calor al cuerpo y el segundo da la noción de la temperatura.

“Nosotros usamos fibras ópticas convencionales como las que se usan para telecomunicaciones, son fibras pequeñas de 125 micras de diámetro externo; eso es importante porque en órganos como el cerebro es importante tener algo mínimamente invasivo”, menciona Juan Hernández como una de las ventajas de usar fibra óptica para estos procesos.

La fibra óptica se introduce y retira del cuerpo de manera simple, a diferencia de otros medios para realizar terapia fototérmica, como las nanopartículas, que después de realizar su función, no se eliminan completamente del cuerpo, además de que no se sabe aún lo que pasa con ellas a nivel biológico.

Es por eso que la posibilidad de introducir y retirar un dispositivo del cuerpo sin dejar deshechos o rastros y, en consecuencia, sin efectos adversos, se vuelve una motivación relevante para usarla.

Otra de la ventajas de usar fibra óptica es que el mecanismo de los dispositivos opera sólo con luz, de manera que no es necesario tener señales eléctricas y, por lo tanto, no se interfiere con otro tipo de dispositivo y viceversa.

Para estos procesos es indispensable tomar en cuenta los efectos que tiene la luz sobre el tejido, que son principalmente tres: reflexión, absorción y esparcimiento.

Todos dependerán de la longitud de onda que tenga la luz para la profundidad a la cual penetrará ésta sobre el tejido. La absorción es la encargada de generar calor en el tejido e incluso puede llegar a ser capaz de provocar alteraciones en él.

La terapia fotodinámica, por ejemplo, funciona con fotosensibilizadores que provocan ciertas alteraciones en el tejido al activar medicamentos en zonas específicas. Se usa para tratar tumores malignos, ya que genera procesos a nivel celular que llevan al “suicidio” celular, es decir, crea especies de oxígeno altamente reactivo que produce señales de muerte en las células, por lo que empiezan a destruirse ellas mismas.

En algunos casos, se utiliza fibra óptica como guía de onda para llevar la luz a la parte del cuerpo donde se quiera activar el medicamento. Este tipo de medicamentos se llaman fotoporfirinas y fueron lo que impulsaron este tipo de terapia, mas han empezado a hacerse estudios con curcumina para utilizarla de la misma manera, ya que tiene muchas propiedades anticancerígenas.

Sensores biológicos

“Los sensores biológicos son una herramienta analítica, son detectores que sirven para identificar cierta molécula, su tarea es avisar cuando esté presente eso que uno quiera detectar, ya sea un virus o una bacteria”, afirma Hernández Cordero.

Él colabora en un proyecto que busca crear sensores biológicos (o biosensores) de fibra óptica que funcionen como detectores de tuberculosis.

Actualmente la tuberculosis es una de las causas de muerte más comunes en el mundo, y parte del problema es que las pruebas para detectarla no son inmediatas ni cien por ciento confiables. Tan solo a principios de año, la Secretaría de Salud registró 1792 casos de tuberculosis en México, y en el 2016, la OPS (Organización Panamericana de la Salud) registró 2,569 muertes por la misma causa a nivel nacional.

Con este proyecto, desarrollado para su doctorado por la estudiante de ingeniería eléctrica de la UNAM, Mildred Cano Velázquez pretende brindar una prueba no sólo casi inmediata, sino completamente confiable, ya que funciona como funcionaría un candado: nada más su llave puede abrirlo. Para lograr esto, los biosensores utilizan anticuerpos específicos para que embonen únicamente con el virus o bacteria que se quiera detectar, en este caso, tuberculosis.

Lo que hicieron fue colocar un polímero en la punta de una fibra óptica para inmovilizar un bioreconocedor, que es el responsable de detectar la molécula para el cual fue desarrollado específicamente. De esta manera todo el conjunto se convierte en un biosensor, mismo que se sumerge en un suero obtenido a partir de sangre; si contiene anticuerpos de tuberculosis, éstos se pegarán al biosensor, comprobando así que la prueba es positiva. Todo este proceso toma alrededor de 30 minutos y se obtiene un resultado muy certero.

Este proyecto se realizó en conjunto con investigadores del CFATA (Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada) de Querétaro, en particular con la Dra. Luz María López Marín, y hasta ahora sólo ha sido probado con sueros de conejo, sin embargo, los resultados han sido satisfactorios y se espera que este método pueda ser aplicado en humanos.

El auge de la fibra óptica en física médica

En los últimos años se ha incrementado el uso de fibra óptica para aplicaciones biomédicas a tal grado de convertirse en el mercado número dos de este material, después de las telecomunicaciones. “Para dispositivos biomédicos las fibras ópticas son una muy buena opción porque los materiales que se usan casi todos son biocompatibles, entonces para cuestiones relacionadas con procesos biológicos son muy buenas alternativas”, asegura Hernández Cordero.

Una de las tendencias actuales es realizar tomografía OCT (Optical Coherence Tomography) con fibras ópticas para alcanzar órganos remotos dentro del cuerpo. Las fibras ópticas sirven como el medio que lleva luz hasta cierto órgano y adquirir así señales ópticas del mismo para comparar su fase con la señal de referencia y obtener la imagen del órgano. Las puntas de fibra óptica se desarrollan para colocarlas en endoscopios y sacar imágenes del esófago, arterias y demás.

“La función que cumplen ahí las fibras es como puntas de adquisición para llevar la luz y recapturarla. También capturan lo que se refleja a distintas profundidades y permite entonces también tomar imágenes de distintos órganos por rebanadas a distintas profundidades”, menciona Hernández Cordero.

Como ésta, existen diversas aplicaciones para la fibra óptica que además de aprovechar sus ventajas, fomentan la convergencia entre distintas disciplinas: física, biología, ingeniería, medicina… un conjunto que se relaciona directamente con física médica, uno de los campos donde más se requiere la participación de distintos perfiles.

Sabemos que la fibra óptica es capaz de comunicarnos a lo largo de miles de kilómetros, pero, ¿hasta dónde será capaz de llevar las futuras aplicaciones médicas? Hasta ahora conocemos bastante sobre el funcionamiento del cuerpo humano, sin embargo, aún hay mucho campo desconocido en el área y cualquier nueva aportación, desarrollo o estudio que lleve a obtener más información al respecto, será de utilidad para obtener mejores beneficios a futuro.

*Agradecemos el apoyo de la Secretaría de Educación, Ciencia, Tecnología e Innovación de la CDMX para el desarrollo de este contenido, que forma parte del proyecto "Física para Todos desde el Instituto de Física".